Какой тип алюминиевой полосы с цветным покрытием устойчив к ржавчине и выцветанию для использования в прибрежных зонах с высокой соленостью?

Абстрактный

Прибрежные районы с высокой соленостью характеризуются постоянными солевыми брызгами, интенсивным ультрафиолетовым (УФ) излучением, высокой влажностью и чередованием циклов «сухой-влажный», которые вызывают быструю ржавчину подложки, отслаивание покрытия и выцветание алюминиевых полос с обычным цветным покрытием. В этой статье систематически анализируются механизмы коррозии под воздействием окружающей среды, сравниваются основные подложки из алюминиевых сплавов и системы органических покрытий, а также определяется оптимальный композитный тип алюминиевых полос с цветным покрытием, обладающий длительной защитой от ржавчины и выцветания. Соответствующие данные испытаний на воздействие солевого тумана и атмосферных воздействий ASTM приводятся в качестве обоснования рекомендаций по выбору материалов для прибрежных архитектурных, портовых и морских вспомогательных объектов.

1. Механизмы коррозии и затухания в прибрежных районах с высокой соленостью

1.1 Электрохимическая ржавчина, вызванная солью

Прибрежные соляные брызги содержат от 3% до 5% частиц хлорида натрия, которые плотно прилипают к поверхности алюминиевых полос. Эти частицы поглощают влагу из воздуха, образуя проводящую пленку солевого электролита. Алюминиевые подложки подвергаются анодному растворению в этом электролите, вызывая локальную точечную коррозию, а не равномерную поверхностную ржавчину. В отличие от углеродистой стали, алюминиевые полосы редко образуют видимую красную ржавчину, но образуют белые порошкообразные продукты коррозии гидроксида алюминия, которые нарушают структурную целостность и нарушают адгезию покрытия. Согласно испытаниям в солевом тумане ASTM B117, на полосах из чистого алюминия 1000-й серии без покрытия появляются явные язвы уже после 700 часов непрерывного воздействия солевого тумана.

1.2 Выцветание и деградация покрытия под действием УФ-излучения

Океанская вода отражает более 40% солнечных УФ-лучей, удваивая интенсивность УФ-излучения на прибрежных материалах. Молекулярные цепи обычных полиэфирных покрытий содержат нестабильные эфирные связи, которые разрушаются при длительном УФ-облучении. Это приводит к трем последовательным отказам: мелению покрытия, разложению пигмента и неравномерному выцветанию цвета. В тропических прибрежных зонах стандартные алюминиевые полосы с полиэфирным покрытием теряют более 30% первоначальной насыщенности цвета в течение 5 лет, что сопровождается образованием микроскопических трещин, которые позволяют ионам солей проникать в алюминиевую подложку.

2. Выбор антикоррозионной алюминиевой подложки для использования в прибрежных зонах.

Характеристики покрытия не могут компенсировать присущие дефекты подложки, поэтому подложки из морского алюминиевого сплава являются обязательными для сценариев с высокой соленостью. Ниже сравниваются три основные серии:

2.1 Сплав Al-Mg 5052 (подложка первого выбора)

Сплав 5052 содержит 2,2–2,8% магния и менее 0,1% меди. Низкое содержание меди исключает риск гальванической коррозии в соленой среде, а магний способствует образованию плотных пассивных оксидных пленок на алюминиевых поверхностях. Его закалы H32 и H34 сочетают в себе структурную жесткость и формуемость при изгибе, что позволяет обрабатывать прокатанную алюминиевую полосу. Полевые данные показывают, что алюминиевые подложки 5052 без покрытия устойчивы к коррозии солевым туманом в течение более 2000 часов, что в три раза превышает долговечность обычных алюминиевых полос 3003.

2.2 Неквалифицированные субстраты, которых следует избегать

Чистый алюминий 1060 имеет слабую стабильность пассивной пленки и быстро подвергается точечной коррозии в циклическом солевом тумане. Алюминий 6061 содержит присадки с высоким содержанием меди, которые ускоряют электрохимическую коррозию при воздействии прибрежных ионов хлорида. И то, и другое запрещено для постоянно открытых прибрежных алюминиевых полос с цветным покрытием и применимо только для полностью защищенных внутренних прибрежных сценариев.

3. Сравнение систем органических покрытий, устойчивых к выцветанию.

На основе стандартов архитектурных покрытий AAMA 2603/2604/2605 три основные системы рулонного покрытия оцениваются на предмет антикоррозионных свойств и устойчивости к выцветанию:

3.1 Покрытие ПВДФ (поливинилиденфторид): оптимальное прибрежное покрытие

Коммерческая формула ПВДФ 70/30 (70% фторполимерной смолы + 30% акриловой клейкой смолы) имеет сверхстабильные ковалентные связи углерод-фтор с энергией связи, намного превышающей энергию УФ-фотонов, что предотвращает разрыв молекулярной цепи. Стандартные двухслойные покрытия из ПВДФ двухслойной сушки общей толщиной 25-28 мкм включают в себя бесхроматную конверсионную грунтовку и фторуглеродное верхнее покрытие. Испытания в солевом тумане подтверждают отсутствие ржавчины на поверхности и образования пузырей на покрытии после 5000 часов непрерывного воздействия. После 25 лет эксплуатации на открытом воздухе на побережье цветовая разница ΔE остается ниже 2,0, что соответствует строгим требованиям по защите от выцветания. Он сертифицирован AAMA 2605, стандартом берегового покрытия самого высокого уровня.

3.2 Покрытие SMP (силикон-модифицированный полиэстер): вариант для защищенного прибрежного района среднего уровня.

В покрытиях SMP к обычному полиэстеру добавляются силиконовые мономеры для улучшения устойчивости к ультрафиолетовому излучению. Срок его службы достигает 12-15 лет в защищенных прибрежных зонах с непрямым солевым туманом. Однако его солеустойчивость ограничена: после 2200 часов испытаний в солевом тумане у него появляется локальное отслаивание покрытия, поэтому его нельзя использовать для поверхностей, открытых с наветренной стороны моря.

3.3 Покрытие PE (чистый полиэстер): только для внутреннего или полностью закрытого использования.

Полиэтиленовые покрытия отличаются низкой стоимостью и отличными характеристиками при изгибе, но плохой устойчивостью к атмосферным воздействиям. В наветренных прибрежных зонах в течение 3-5 лет происходит явное выцветание, а ионы солей проникают в щели покрытия, вызывая точечную коррозию подложки. Это не рекомендуется для любых сценариев воздействия высокой солености.

4. Окончательный рекомендуемый тип продукта

Единственная интегрированная алюминиевая полоса с цветным покрытием, отвечающая как долговременным требованиям по защите от ржавчины, так и по защите от выцветания для наветренных прибрежных зон с высокой соленостью, - это алюминиевая подложка 5052-H32 с двухслойным покрытием из ПВДФ с двумя обжигами . Подробные технические параметры стандартизированы следующим образом:

• Подложка: алюминиевая полоса АА5052-H32 толщиной 0,4-2,0 мм, соответствующая стандарту EN 485.

• Предварительная обработка поверхности: конверсионная обработка без хромата для улучшения адгезии покрытия и устойчивости кромочной коррозии.

• Структура покрытия: эпоксидная антикоррозийная грунтовка 5-8 мкм + финишное покрытие ПВДФ 20 мкм, двустороннее покрытие.

• Показатели производительности: нейтральная стойкость к солевому туману более 5000 часов, разница в цвете ΔE≤1,8 после 10-летнего ускоренного испытания на атмосферное воздействие.

5. Рекомендации по установке и техническому обслуживанию вспомогательных устройств.

Даже сертифицированные алюминиевые полосы 5052 с покрытием из ПВДФ подвергаются риску коррозии на режущих кромках и в местах царапин. При строительстве на объекте необходимо использовать клей для герметизации кромок всех поперечных сечений, чтобы блокировать проникновение ионов солей. При контакте с крепежными деталями из углеродистой стали необходимо использовать нейлоновые изолирующие прокладки во избежание гальванической коррозии. Регулярное техническое обслуживание требует только ежегодной промывки пресной водой для удаления отложений солей, без необходимости перекраски в течение 20 лет.

6. Заключение

В прибрежных районах с высокой соленостью, сильным ультрафиолетовым излучением и солевыми брызгами обычные алюминиевые полосы с цветным покрытием PE и SMP не могут удовлетворить долгосрочные требования по защите от ржавчины и выцветания. Соответствующее сочетание подложки из морского алюминиевого сплава 5052-H32 и сертифицированного AAMA 2605 двухслойного покрытия из ПВДФ с двумя обжигами обеспечивает исключительную долговечность. Для защищенных прибрежных вспомогательных сооружений с низкой интенсивностью воздействия алюминиевые полосы 5052 с покрытием SMP являются экономически эффективной альтернативой, в то время как изделия с покрытием из чистого полиэстера должны быть полностью исключены из списков прибрежных материалов.